摘要：現代煤礦運輸設備主要為皮帶機運輸，隨著煤礦運輸能力逐漸提升，皮帶運輸機所提供的動力也逐漸增大，繼續使用傳統的軟啟動器或液力耦合器已無法滿足皮帶運輸機高運量的要求，更不能響應國家提倡的“節能減排”政策。本文主要介紹了合康防爆BPJ系列中壓大功率防爆變頻器在山西長治某煤礦皮帶機上一主二從的成功應用，為大運量皮帶運輸機的起動、調速等問題提供了解決方案。

關鍵詞：煤礦 合康防爆 主從控制 功率平衡

前言：皮帶運輸機具有輸送量大、結構簡單、維修方便、部件標準化等優點，廣泛應用于礦山、煤炭、冶金等行業。在皮帶機運行過程中，可由一臺或多臺電機拖動，當多臺電機同時拖動皮帶機時往往對電機的功率平衡有較高的要求。變頻器作為當今主流調速設備，憑借調速范圍寬、低頻高轉矩、過載能力強等優勢，廣泛應用于煤礦皮帶運輸機，解決了多臺電機功率平衡問題，提高了皮帶機的運行效率。

一、現場工況

山西長治某煤礦皮帶機為主巷道運輸設備，整個設備的長度為1800米，皮帶的寬度為1.2米，由3臺變頻電機驅動，額定電壓為1140V，額定功率為400kW，風冷冷卻。現場采用合康BPJ系列礦用隔爆兼本質安全型變頻器機頭集中驅動。

圖1：山西煤礦皮帶機應用現場

二、主從同步工作方式

煤礦井下的皮帶輸送機系統多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動，多臺電機驅動同一滾筒時，由于零部件制造過程中存在誤差，且不同電機的電氣參數也有一定差異，不可避免的會出現速度不同步問題：速度快的電機將承受較重負載，速度慢的電機將會被拖動。為確保皮帶機系統的運輸能力與安全，應盡量保證皮帶輸送機機頭的各滾筒同步啟停，保證各滾筒之間的功率平衡。

當采用變頻器進行調速時，可根據負載變化自動調整運行頻率，從而相應調整變頻器的速度給定來調整各電機之間的速度差，便可以任意增大或減小多臺電機間的電流差值的大小；因此可以通過單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過調整各電機的速度來使各電機的電流值逐步趨于平衡。

變頻器帶動皮帶輸送機工作時，采取的是主從聯動的控制方式，通過控制變頻器的輸出轉速，從而控制輸入轉矩。從機跟隨主機運行，主機將運行數據發送給從機作為從機運行的參考，從機將運行狀態反饋給主機，主變頻器與從變頻器的數據交換通過光纖通訊線路進行快速數據交換。主機、從機的位置可以根據皮帶輸送機機械驅動裝置的布置作調整，方便進行主從調換。

三、系統構成

圖2：主從控制系統構成

應用現場有兩個滾筒，一個滾筒由兩臺電機共同驅動，另一個滾筒由第三臺電機驅動，滾筒之間通過皮帶連接。現場采用的三臺合康BPJ系列防爆變頻器分別拖動三臺電機，其中一臺變頻器設為主機，另外兩臺變頻器設為從機（如上圖所示）。合康BPJ系列防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控制，控制精度高，輸出力矩大；主機的速度輸出作為從機的速度輸入，從機還可根據負載變化自動調整運行頻率，跟隨主機運行，實現電機間功率平衡。

整個系統可以通過變頻器門板上的起動和停止按鈕對變頻器的起動與停止進行控制，也可以通過皮帶保護控制器進行遠程操作，還可以通過通訊到上位機上進行集中控制。

由于現場的皮帶運輸機屬于主巷道運輸皮帶機，需要有優異的變頻控制性能和穩定的系統運行狀態。鑒于此，合康BPJ系列防爆變頻器在設計過程中加入了冗余設計，保證現場設備正常運行。當主變頻器出現故障時，變頻器調速系統會停止，并通訊給從機自由停機命令，從機系統待機，用戶可立即更改任意一臺從變頻器作為主機，系統可立即恢復工作狀態。當從變頻器出現故障后，不影響另外兩臺主從變頻器的正常運行，等故障處理完后，變頻器恢復正常后可立即自動投入使用，也可以等系統停車后在下次起動的時候投入使用。

四、合康BPJ系列防爆變頻器在煤礦皮帶機上的應用效果

根據顯示屏觀察，現場的三臺電機運行參數如下：

（1）空載調試時：

（2）運煤過程中：

由上圖的運行參數和實際使用情況來看，采用合康BPJ系列防爆變頻器進行調速具有以下性能優勢：

1、實現完美的功率平衡

合康BPJ系列防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控制技術，具有平穩的重載起動和優越的過載能力，能實現完美的功率平衡：三臺電機功率平衡誤差小于5%，功率損耗小于2%，功率因數大于0.95。

2、減少機械損耗

由于皮帶輸送機屬于柔性負載，變頻器的軟起動、軟停車特性可以有效降低膠帶張力，減少機械損耗以及對機械負載的沖擊，還可以降低工人的勞動強度。

3、降低輸出諧波

變頻輸出端增加了濾波與電抗裝置，能有效降低變頻器輸出電流中的高次諧波層，抑制變頻器輸出側的浪涌電壓，極大提高了電機的運行效率。

4、操作簡便

合康BPJ系列防爆變頻器可隨意調節加減速時間及切換運行/檢修狀態，可設置慢速、中速、快速三種不同運轉速度，保證在 0-50Hz任何狀態下正常運行。

5、適應多種環境

本安綜合保護模塊將非本安數字量進行隔離，最大輸出電壓為24.5V，最大輸出電流為100mA，多種通訊協議的使用，方便融入集控系統，適合于各種遠程控制；采用熱管及強制風冷，無需引入冷卻水，方便在不同環境現場安裝使用，并且沒有漏水及凝露等隱患，保證了設備安全性。

五、總結

經過半年的運行，采用合康BPJ系列變頻調速后的皮帶運輸機運行狀態良好，不僅實現了皮帶運輸機的軟起動、軟停車，還實現了轉速控制和功率平衡雙重調節，很大程度地提高了皮帶運輸機系統的功率因數和工作效率。合康BPJ系列防爆變頻器在山西煤礦上的成功應用為客戶節省了能源，創造了可觀的經濟效益，對于創建節能環保型的企業發揮了重要的作用。